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【摘 要】 由于我国目前高炉渣排放量巨大，所以对高炉渣的综合利用不仅可以解决高炉渣带来的占用土地、污染环境等问题；而且可以使之成为一种廉价的再生资源。本文主要对高炉渣热能利用与蒸汽循环法渣处理工艺进行了研究。
【关键词】 高炉渣；热能利用；蒸汽循环；工艺
蒸汽循环法渣处理工艺在蒸汽法渣处理工艺的基础上，将蒸汽法的渣入水的水淬过程改为循环蒸汽冷却，产生过热蒸汽用于发电。该方法改变了现有的高炉渣水淬、水冷却的传统工艺方法，以及现部分专利提出的风冷却渣的新工艺，采用了高炉渣水淬、靠蒸汽带走渣热的新工艺方法及装置，新的工艺方法将高炉渣热一步转换为蒸汽，实现了液态炉渣热的回收，其不仅能够从高炉红渣中回收热能产生蒸汽，产生直接的经济效益，而且减少了炉渣冷却水的消耗，以及由此带来的环境污染。
一、我国渣处理工艺现状
1、底虑法。现阶段国内采用最多的高炉渣处理方法是底滤法。其工艺过程是：由多孔喷头喷出的高压水对高炉熔渣在冲制箱内进行水淬，水淬渣流经粒化槽进入沉渣池。在沉渣池中的水渣由抓斗抓出堆放在渣场继续脱水，沉渣池内的水及悬浮物通过分配渠流人过滤池。过滤池内设有砾石过滤层，过滤后的水通过泵送入冷却塔冷却，循环利用。底滤法的优点：高炉渣含水率低，循环水质好，系统简单，故障率低；缺点：占地面积大，系统投资较大，冲渣产生的大量水蒸汽直接排放。
2、因巴法。因巴法源自于卢森堡。因巴法有热因巴、冷因巴、环保型因巴三种。其工艺流程是：高炉熔渣被冲制箱内的高速水流冲成水渣后进入水渣沟，再水渣经滚筒过滤器脱水后排出。其优点为：占地面积小，循环水质好，机械化、自动化程度高，熔渣处理在封闭的状态下进行，彻底将烟尘、蒸汽对环境的污染问题解决。缺点为：这一处理法是引进的技术，花费的投资费用比较大。
3、图拉法。图拉法由于首次在俄罗斯图拉厂应用而得名。其工艺流程为：高炉渣在粒化器内被高速旋转的粒化轮机械破碎、粒化、水淬冷却。水淬渣再经挡渣板二次破碎后落入脱水器下部继续水淬冷却，转鼓将水渣捞出后通过溜槽内皮带机运出。优点为：高炉渣含水率低、质量好；彻底将传统水淬渣易爆炸的安全问题解决了；循环水量少，动力能耗低；熔渣处理过程为闭路循环，有较好的环境保护效果。
4、HK法。HK法的破碎方式和图拉法是一样的，只是脱水方式有区别。HK法工艺流程为：高炉水渣粒化后，水和渣同时掉入粒化器下部的锥形水淬池，达到二次水淬，降温的效果。通过用斗式提升机实现水渣分离。
二、实现渣热能利用的意义
就目前的高炉渣处理方法各有特点且技术成熟。但是主要问题是渣水比都较大，都难以实现渣的热能回收利用、影响环境。经了解现在全国大部分大型钢铁企业的高炉都采用了因巴法、轮法、沉淀池法等，这些方法共同特点是采用渣水淬，靠水带走渣热工艺，由于水的焓热低，必然造成冷却水量大。像我们本钢集团等很多高炉厂家对水淬产生的大量的热渣水再通过泵打到冷却塔上进行风冷，这样造成了大量的热能白白流失，同时又增加了机械设备投资、能耗。
目前蒸汽热利用最好的方法就是发电，新的高炉渣处理工艺装置主要是针对蒸汽发电而设计的，该方法在实现节水的同时产生过热蒸汽用于发电。经初步估算该工艺渣处理部分产生的过热蒸汽经锅炉换热后预计吨铁可产生压力1～3.82MPa（绝对压力）150～500℃的过热蒸汽120kg左右，可直接用于发电。我国中小高炉较多，渣比按380kg/t估算，则根据全国渣水比生产统计数据，现有的渣处理方法平均吨铁耗冷却水约3.8t，吨铁耗新水380kg，全国生铁年产量按4.9亿t计算，高炉渣处理年耗新水约1.862亿t。新的高炉渣处理方法预计吨铁耗水60～100kg/t，按85kg计算则年耗水0.416亿t，节水效果十分明显。
国家提出了节能减排、降低能源消耗战略任务。根据我们北营公司生产实际，高炉炼铁渣处理过程中用水占整个高炉总用水量的50%左右，渣处理过程中补充新水量占高炉取水量70%还要多，因此改变现有的渣处理工艺方法是降低高炉用水量，实现我国钢铁企业真正节能减排的关键。实现渣热能利用，对降低企业能耗、生产成本是十分有利的。新的高炉渣处理工艺方法节水、减少环境污染、实现高炉渣热能利用，是一个非常好的项目，因此具有广泛的开发利用价值。
三、高炉渣的处理技术及应用
高炉渣的处理工艺主要有干法与湿法两种。干法用得非常少，生产中通常采用的是湿法，也就是水淬粒化工艺，处理的高炉渣量占总渣量的97%。湿法处理工艺较为成熟的主要是英巴法、图拉法。
英巴（INBA）法的处理工艺为卢森堡PW公司和比利时西德玛（Sidmar）公司共同开发的炉渣处理工艺（亦称回转筒过滤法），是用高压水快速把熔渣水淬、渣水混合物经转鼓脱水、皮带运出的处理方法。宝钢现有的4座高炉都采用该工艺。
图拉法炉渣处理工艺因首次应用在俄罗斯图拉厂2000m3高炉上，所以称其为图拉法。特点是采用粒化轮+脱水滚筒。图拉法渣处理工艺主要分为炉渣粒化和冷却、水渣脱水、水渣输送与外运、冲渣水循环等。
高炉炉渣处理是炼铁生产的重要一环。工艺选用方面，应综合考虑技术先进性、投资大小、系统安全性、环保、成品渣质量、系统作业率、设备檢修维护、占地面积等各方面因素。就目前看来，图拉法安全性能最高，英巴法在技术上最为成熟。因此实际应用这两种工艺的高炉也比较多。
高炉渣资源化利用主要在建材、环保和农业领域应用。因为高炉渣的性能与硅酸盐水泥很相似，高炉渣微粉化一直是高炉渣高附加值利用的重要途径。当下我国高炉渣的资源化利用率已达95%以上，然而炉渣的余热资源一直没有很好地被加以利用。所以，怎样将高炉渣的处理与余热利用有机结合起来将是高炉渣处理技术的发展方向。
四、蒸汽循环法渣处理工艺流程 蒸汽循环法渣处理工艺及装置主要由沸腾釜单元、一次除尘器、二次除尘器、余热锅炉单元、循环风机、发电单元（包括水处理）、自动控制等部分组成。
高爐来的红渣经过渣沟的匀流装置匀流后直接经喂料机送入沸腾釜内。沸腾釜是由钢板与耐火材料组成的密闭容器，上部安装有蒸汽出口管道、压力表、安全阀等，下部安装有喂料机、密封阀、渣输送机、蒸汽回汽管等。工艺要求沸腾釜放置在高炉附近，每台高炉至少配备二座渣处理设备，一用一备。喂料机是由星型给料机改制而成，由高铬钢制造，具有耐高温、耐磨特性，起到喂料、封压、破碎作用。喂料机出口安装有高压喷水装置，进入釜内的液渣首先经过喂料机高速旋转的喂料轮进行机械破碎，又经过高压喷水初步冷却、粒化。由于初冷的喷水量是根据进入釜内渣量经过微机自动控制的，根据进渣量调节供水量，喷水产生蒸汽带走的热仅仅是渣全部显热的一个部分，大部分渣的显热并未放出。渣水淬目的不再是过去单纯的冷却粒化过程，而主要目的是使渣凝固失去流动性及产生蒸汽的过程。经过初冷凝固了的高炉渣再经过喂料机高速旋转的粒化轮抛到反射板上进行了再次动能破碎，破碎后的粒渣在下落的过程中及落到釜的下部后又经过循环风机送来的低温蒸汽进行二次冷却，待渣温降到200℃左右后经过下部的旋转密封阀排出。初冷产生的高温蒸汽与循环冷却产生的高温蒸汽在沸腾釜上部混合，经上部的挡水板、匀汽及除尘结构脱水、除尘后，由出口管道送到一次、二次除尘器除尘及余热锅炉进行热交换。经锅炉换热产生的高压蒸汽经管道送到发电机组发电。根据生产需要的不同，锅炉产生的蒸汽也可以经过减压直接并网使用，此时不用发电单元。
五、蒸汽循环法渣处理工艺机理
我们知道高炉液渣温度一般在1450～1700℃左右，普通铁熔化温度1538℃，高温渣经喂料机入沸腾釜中一般理解喂料机可能熔化、变形。经过多年生产实践发现大厚度耐高温材料在自然散热的条件下液渣长时间在其上流过而不熔化，这一现象还在轮法高炉渣处理工艺的粒化轮上得到了验证。蒸汽循环法渣处理工艺的喂料机采用了大厚度的特殊耐高温材料制造，同时喂料机主要部位有循环水冷却，渣的出口有喷水冷却，因此喂料机不会出现过热或熔化现象的；釜内渣的入口部位可以通过渣的厚度、风机流量控制实现微正压，由于入口部位压力不高、可调，因此喂料机即使有一点旋转间隙、出现少量泄露也不会影响正常生产的。
沸腾釜内部由耐火材料加耐磨、耐高温钢板制作而成，同时高炉渣有水淬及蒸汽循环冷却过程，釜的下部还有低温渣隔热，因此红渣即使进入釜内也不会产生熔化、破损的问题。在正常情况下落入釜内下部渣的温度一般不允许超过900℃，这一温度的渣落在层渣上面是不会产生危害的，因此只要喂料机、沸腾釜设计合理、工艺参数选择恰当是可以满足工艺要求的。
渣的破碎过程：渣首先经过高速旋转的喂料机进行机械破碎，抛出过程中又遇水淬急冷破碎，紧接着又被高速旋转的喂料机抛到反射板上再次进行破碎，经过了三次破碎的渣基本都是粒渣了。渣冷却及蒸汽加温过程：沸腾釜内设有高温段和低温段，上部为高温段，下部为低温段，渣向下流动，蒸汽向上流动。进入沸腾釜的渣首先经过喷水冷却，由于喷水量是根据进渣量经过调节阀微机自动控制的，所以降温是有限的，喷水冷却放出的热仅仅是渣全部显热的一部分。粒化后的渣在下落过程中及落到釜的下部时，又经过循环风机送来的低温蒸汽进行了二次冷却。由于此时渣是粒状的，这样就降低了蒸汽通过渣的流动阻力。同时由于渣的阻力存在也造成了高温、低温段存在着压力差，因此我们也就可以通过高炉渣的厚度实现高温、低温段压力差的调节，调节渣入口部位蒸汽的压力。由于风机的压力、流量可以通过变频进行调节控制，经过沸腾釜下部的循环蒸汽压力、流量、温度是可控、可调的。渣的冷却速度、出渣的温度是由下部循环蒸汽的温度、流量决定的，一定程度上说也是可调的。沸腾釜上部高温蒸汽出口的温度是由加水量、循环气体的流量，及外排蒸汽的流量决定的，这些参数都是可以通过人工控制的，因此蒸汽出口温度、流量是可控的。因此通过该工艺装置是可以生产出温度400～800℃左右过热蒸汽的，可满足发电需要。由于高炉渣温度高、流量大、热焓总值大，利用高炉渣显热直接产生蒸汽用于发电是可行的、合算的。
六、结语
蒸汽循环法渣处理工艺技术先进、环保、节能、经济效益显著，是又一新的高炉渣处理技术，具有设备简单、投资省、符合当前节能减排形势，是节能减排、企业挖潜降耗的好项目，具有广泛的开发价值。
参考文献：
[1]姜学仕，姜洪泽，刘艳军.高炉渣热能利用与蒸汽循环法渣处理工艺研究[A].中国金属学会.第七届（2009）中国钢铁年会论文集（下）[C].中国金属学会，2009：6.
[2]姜学仕，姜宏泽.高炉渣热能利用与一步蒸汽法渣处理工艺设想[J].炼铁技术通讯，2008，02：13-15.
[3]冯会玲，孙宸，贾利军.高炉渣处理技术的现状及发展趋势[J].工业炉，2012，04：16-18.
【关键词】 高炉渣；热能利用；蒸汽循环；工艺
蒸汽循环法渣处理工艺在蒸汽法渣处理工艺的基础上，将蒸汽法的渣入水的水淬过程改为循环蒸汽冷却，产生过热蒸汽用于发电。该方法改变了现有的高炉渣水淬、水冷却的传统工艺方法，以及现部分专利提出的风冷却渣的新工艺，采用了高炉渣水淬、靠蒸汽带走渣热的新工艺方法及装置，新的工艺方法将高炉渣热一步转换为蒸汽，实现了液态炉渣热的回收，其不仅能够从高炉红渣中回收热能产生蒸汽，产生直接的经济效益，而且减少了炉渣冷却水的消耗，以及由此带来的环境污染。
一、我国渣处理工艺现状
1、底虑法。现阶段国内采用最多的高炉渣处理方法是底滤法。其工艺过程是：由多孔喷头喷出的高压水对高炉熔渣在冲制箱内进行水淬，水淬渣流经粒化槽进入沉渣池。在沉渣池中的水渣由抓斗抓出堆放在渣场继续脱水，沉渣池内的水及悬浮物通过分配渠流人过滤池。过滤池内设有砾石过滤层，过滤后的水通过泵送入冷却塔冷却，循环利用。底滤法的优点：高炉渣含水率低，循环水质好，系统简单，故障率低；缺点：占地面积大，系统投资较大，冲渣产生的大量水蒸汽直接排放。
2、因巴法。因巴法源自于卢森堡。因巴法有热因巴、冷因巴、环保型因巴三种。其工艺流程是：高炉熔渣被冲制箱内的高速水流冲成水渣后进入水渣沟，再水渣经滚筒过滤器脱水后排出。其优点为：占地面积小，循环水质好，机械化、自动化程度高，熔渣处理在封闭的状态下进行，彻底将烟尘、蒸汽对环境的污染问题解决。缺点为：这一处理法是引进的技术，花费的投资费用比较大。
3、图拉法。图拉法由于首次在俄罗斯图拉厂应用而得名。其工艺流程为：高炉渣在粒化器内被高速旋转的粒化轮机械破碎、粒化、水淬冷却。水淬渣再经挡渣板二次破碎后落入脱水器下部继续水淬冷却，转鼓将水渣捞出后通过溜槽内皮带机运出。优点为：高炉渣含水率低、质量好；彻底将传统水淬渣易爆炸的安全问题解决了；循环水量少，动力能耗低；熔渣处理过程为闭路循环，有较好的环境保护效果。
4、HK法。HK法的破碎方式和图拉法是一样的，只是脱水方式有区别。HK法工艺流程为：高炉水渣粒化后，水和渣同时掉入粒化器下部的锥形水淬池，达到二次水淬，降温的效果。通过用斗式提升机实现水渣分离。
二、实现渣热能利用的意义
就目前的高炉渣处理方法各有特点且技术成熟。但是主要问题是渣水比都较大，都难以实现渣的热能回收利用、影响环境。经了解现在全国大部分大型钢铁企业的高炉都采用了因巴法、轮法、沉淀池法等，这些方法共同特点是采用渣水淬，靠水带走渣热工艺，由于水的焓热低，必然造成冷却水量大。像我们本钢集团等很多高炉厂家对水淬产生的大量的热渣水再通过泵打到冷却塔上进行风冷，这样造成了大量的热能白白流失，同时又增加了机械设备投资、能耗。
目前蒸汽热利用最好的方法就是发电，新的高炉渣处理工艺装置主要是针对蒸汽发电而设计的，该方法在实现节水的同时产生过热蒸汽用于发电。经初步估算该工艺渣处理部分产生的过热蒸汽经锅炉换热后预计吨铁可产生压力1～3.82MPa（绝对压力）150～500℃的过热蒸汽120kg左右，可直接用于发电。我国中小高炉较多，渣比按380kg/t估算，则根据全国渣水比生产统计数据，现有的渣处理方法平均吨铁耗冷却水约3.8t，吨铁耗新水380kg，全国生铁年产量按4.9亿t计算，高炉渣处理年耗新水约1.862亿t。新的高炉渣处理方法预计吨铁耗水60～100kg/t，按85kg计算则年耗水0.416亿t，节水效果十分明显。
国家提出了节能减排、降低能源消耗战略任务。根据我们北营公司生产实际，高炉炼铁渣处理过程中用水占整个高炉总用水量的50%左右，渣处理过程中补充新水量占高炉取水量70%还要多，因此改变现有的渣处理工艺方法是降低高炉用水量，实现我国钢铁企业真正节能减排的关键。实现渣热能利用，对降低企业能耗、生产成本是十分有利的。新的高炉渣处理工艺方法节水、减少环境污染、实现高炉渣热能利用，是一个非常好的项目，因此具有广泛的开发利用价值。
三、高炉渣的处理技术及应用
高炉渣的处理工艺主要有干法与湿法两种。干法用得非常少，生产中通常采用的是湿法，也就是水淬粒化工艺，处理的高炉渣量占总渣量的97%。湿法处理工艺较为成熟的主要是英巴法、图拉法。
英巴（INBA）法的处理工艺为卢森堡PW公司和比利时西德玛（Sidmar）公司共同开发的炉渣处理工艺（亦称回转筒过滤法），是用高压水快速把熔渣水淬、渣水混合物经转鼓脱水、皮带运出的处理方法。宝钢现有的4座高炉都采用该工艺。
图拉法炉渣处理工艺因首次应用在俄罗斯图拉厂2000m3高炉上，所以称其为图拉法。特点是采用粒化轮+脱水滚筒。图拉法渣处理工艺主要分为炉渣粒化和冷却、水渣脱水、水渣输送与外运、冲渣水循环等。
高炉炉渣处理是炼铁生产的重要一环。工艺选用方面，应综合考虑技术先进性、投资大小、系统安全性、环保、成品渣质量、系统作业率、设备檢修维护、占地面积等各方面因素。就目前看来，图拉法安全性能最高，英巴法在技术上最为成熟。因此实际应用这两种工艺的高炉也比较多。
高炉渣资源化利用主要在建材、环保和农业领域应用。因为高炉渣的性能与硅酸盐水泥很相似，高炉渣微粉化一直是高炉渣高附加值利用的重要途径。当下我国高炉渣的资源化利用率已达95%以上，然而炉渣的余热资源一直没有很好地被加以利用。所以，怎样将高炉渣的处理与余热利用有机结合起来将是高炉渣处理技术的发展方向。
四、蒸汽循环法渣处理工艺流程 蒸汽循环法渣处理工艺及装置主要由沸腾釜单元、一次除尘器、二次除尘器、余热锅炉单元、循环风机、发电单元（包括水处理）、自动控制等部分组成。
高爐来的红渣经过渣沟的匀流装置匀流后直接经喂料机送入沸腾釜内。沸腾釜是由钢板与耐火材料组成的密闭容器，上部安装有蒸汽出口管道、压力表、安全阀等，下部安装有喂料机、密封阀、渣输送机、蒸汽回汽管等。工艺要求沸腾釜放置在高炉附近，每台高炉至少配备二座渣处理设备，一用一备。喂料机是由星型给料机改制而成，由高铬钢制造，具有耐高温、耐磨特性，起到喂料、封压、破碎作用。喂料机出口安装有高压喷水装置，进入釜内的液渣首先经过喂料机高速旋转的喂料轮进行机械破碎，又经过高压喷水初步冷却、粒化。由于初冷的喷水量是根据进入釜内渣量经过微机自动控制的，根据进渣量调节供水量，喷水产生蒸汽带走的热仅仅是渣全部显热的一个部分，大部分渣的显热并未放出。渣水淬目的不再是过去单纯的冷却粒化过程，而主要目的是使渣凝固失去流动性及产生蒸汽的过程。经过初冷凝固了的高炉渣再经过喂料机高速旋转的粒化轮抛到反射板上进行了再次动能破碎，破碎后的粒渣在下落的过程中及落到釜的下部后又经过循环风机送来的低温蒸汽进行二次冷却，待渣温降到200℃左右后经过下部的旋转密封阀排出。初冷产生的高温蒸汽与循环冷却产生的高温蒸汽在沸腾釜上部混合，经上部的挡水板、匀汽及除尘结构脱水、除尘后，由出口管道送到一次、二次除尘器除尘及余热锅炉进行热交换。经锅炉换热产生的高压蒸汽经管道送到发电机组发电。根据生产需要的不同，锅炉产生的蒸汽也可以经过减压直接并网使用，此时不用发电单元。
五、蒸汽循环法渣处理工艺机理
我们知道高炉液渣温度一般在1450～1700℃左右，普通铁熔化温度1538℃，高温渣经喂料机入沸腾釜中一般理解喂料机可能熔化、变形。经过多年生产实践发现大厚度耐高温材料在自然散热的条件下液渣长时间在其上流过而不熔化，这一现象还在轮法高炉渣处理工艺的粒化轮上得到了验证。蒸汽循环法渣处理工艺的喂料机采用了大厚度的特殊耐高温材料制造，同时喂料机主要部位有循环水冷却，渣的出口有喷水冷却，因此喂料机不会出现过热或熔化现象的；釜内渣的入口部位可以通过渣的厚度、风机流量控制实现微正压，由于入口部位压力不高、可调，因此喂料机即使有一点旋转间隙、出现少量泄露也不会影响正常生产的。
沸腾釜内部由耐火材料加耐磨、耐高温钢板制作而成，同时高炉渣有水淬及蒸汽循环冷却过程，釜的下部还有低温渣隔热，因此红渣即使进入釜内也不会产生熔化、破损的问题。在正常情况下落入釜内下部渣的温度一般不允许超过900℃，这一温度的渣落在层渣上面是不会产生危害的，因此只要喂料机、沸腾釜设计合理、工艺参数选择恰当是可以满足工艺要求的。
渣的破碎过程：渣首先经过高速旋转的喂料机进行机械破碎，抛出过程中又遇水淬急冷破碎，紧接着又被高速旋转的喂料机抛到反射板上再次进行破碎，经过了三次破碎的渣基本都是粒渣了。渣冷却及蒸汽加温过程：沸腾釜内设有高温段和低温段，上部为高温段，下部为低温段，渣向下流动，蒸汽向上流动。进入沸腾釜的渣首先经过喷水冷却，由于喷水量是根据进渣量经过调节阀微机自动控制的，所以降温是有限的，喷水冷却放出的热仅仅是渣全部显热的一部分。粒化后的渣在下落过程中及落到釜的下部时，又经过循环风机送来的低温蒸汽进行了二次冷却。由于此时渣是粒状的，这样就降低了蒸汽通过渣的流动阻力。同时由于渣的阻力存在也造成了高温、低温段存在着压力差，因此我们也就可以通过高炉渣的厚度实现高温、低温段压力差的调节，调节渣入口部位蒸汽的压力。由于风机的压力、流量可以通过变频进行调节控制，经过沸腾釜下部的循环蒸汽压力、流量、温度是可控、可调的。渣的冷却速度、出渣的温度是由下部循环蒸汽的温度、流量决定的，一定程度上说也是可调的。沸腾釜上部高温蒸汽出口的温度是由加水量、循环气体的流量，及外排蒸汽的流量决定的，这些参数都是可以通过人工控制的，因此蒸汽出口温度、流量是可控的。因此通过该工艺装置是可以生产出温度400～800℃左右过热蒸汽的，可满足发电需要。由于高炉渣温度高、流量大、热焓总值大，利用高炉渣显热直接产生蒸汽用于发电是可行的、合算的。
六、结语
蒸汽循环法渣处理工艺技术先进、环保、节能、经济效益显著，是又一新的高炉渣处理技术，具有设备简单、投资省、符合当前节能减排形势，是节能减排、企业挖潜降耗的好项目，具有广泛的开发价值。
参考文献：
[1]姜学仕，姜洪泽，刘艳军.高炉渣热能利用与蒸汽循环法渣处理工艺研究[A].中国金属学会.第七届（2009）中国钢铁年会论文集（下）[C].中国金属学会，2009：6.
[2]姜学仕，姜宏泽.高炉渣热能利用与一步蒸汽法渣处理工艺设想[J].炼铁技术通讯，2008，02：13-15.
[3]冯会玲，孙宸，贾利军.高炉渣处理技术的现状及发展趋势[J].工业炉，2012，04：16-18.